聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管及其制造方法与应用。本发明以低聚物多元醇与异氰酸酯为原料，通过控制原料的量以及反应的温度，使制备得到的聚氨酯弹性体与金属粘结强度高、韧性好、强度高；采用树脂型胶粘剂，通过离心浇注工艺，控制离心浇注的转速和浇注速度，使聚氨酯内衬与金属管内表面紧密结合，粘结强度高；并通过二段硫化改善了聚氨酯内衬的交联效果，进一步增强聚氨酯内衬与金属管内表面的粘结。本发明提供的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管的制备方法简单，成本较低，可应用于工业化大生产。制备得到的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管不受输送介质的腐蚀、磨损，提高了输送管的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于输送材料技术领域，特别涉及一种聚氨酯弹性体内衬金属复合 输送管及其制备方法与应用。

背景技术

电力、化工、冶金和建筑行业中，耐磨、防腐蚀型管道有着广泛的应用。 在工程构件应用时，材料损坏的主要形式是磨损、腐蚀和断裂。其中磨损与腐 蚀占材料失效总数的80％以上。

目前，国内外在耐磨、防腐蚀领域使用的管道为金属管道、聚合物管道、 无机材料管道以及由两种材料构成的复合管道。复合管道如陶瓷复合钢管、树 脂喷涂或涂覆钢管和橡胶内衬复合管道。也有采用在金属内表面作镍磷化镀处 理或涂一层塑料材料。这些保护层由于不耐磨、不耐冲击或因保护层厚度不够， 容易造成管道磨损而报废。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种聚氨酯弹性 体内衬金属复合输送管的制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法制备得到的聚氨酯弹性体内衬 金属复合输送管。

本发明的再一目的在于提供所述的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管的应 用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种聚氨酯弹性体内衬金属复合输 送管的制备方法，包括以下步骤：

（1）备料：将聚氨酯预聚体移至聚氨酯弹性体浇注机的罐A中，加热至 60～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡15～30分钟后备用；将扩链剂移至 聚氨酯弹性体浇注机的罐B中，加热至65～120℃，抽真空至绝对压力小于 500Pa，脱泡30～60分钟后备用；按扩链系数计算聚氨酯预聚体与扩链剂质量 的比例；

扩链剂质量W＝聚氨酯预聚体质量×单位质量聚氨酯预聚体中异氰酸根 基含量×扩链剂常数×扩链系数；

（2）离心浇注：将金属管于90～130℃预热30～120min，放进离心机中， 70～120℃进行保温；启动浇注机对金属管的内表面进行浇注，同时启动离心机， 边浇注边离心成型，浇注完后继续保温离心5～30分钟，得到复合管；

（3）二段硫化：将步骤（2）的复合管于100～130℃处理8～20小时，得 到聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管；

步骤（1）中：

所述的聚氨酯预聚体优选采用以下方法制备：将100重量份低聚物多元醇 和1.4～5.1重量份纳米填料投入反应釜中，加热至110～130℃，抽真空至绝对 压力小于500Pa，脱水2～3小时，降温至50～80℃后投入21.6～93.2重量份异 氰酸酯，升温至70～90℃反应2～3小时，得到聚氨酯预聚体；

所述的低聚物多元醇为平均分子量500～8000的羟基封端的低聚物多元醇， 优选为平均分子量500～4000的低聚物多元醇；

所述的低聚物多元醇更优选为平均分子量500～2000的聚四氢呋喃醚二醇、 聚己内酯二醇、聚酯二醇、聚碳酸酯二醇和聚己二酸乙二醇酯中的一种或至少 两种混合物；

所述的纳米填料优选为蒙脱土、白炭黑和碳酸钙中的一种或两种；纳米填 料可以增强聚氨酯的耐磨、耐切割、耐腐蚀性能，减少聚氨酯材料的热膨胀系 数；

所述的异氰酸酯为脂环族异氰酸酯、芳脂族异氰酸酯和芳香族异氰酸酯中 的一种，优选为平均官能度为2的芳香族异氰酸酯；

所述的异氰酸酯更优选为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对苯 二异氰酸酯和3,3′-二甲基-4,4′-联苯二异氰酸酯中的一种；

所述的扩链剂为醇类扩链剂或胺类扩链剂，扩链系数为0.9～1.0；

所述的醇类扩链剂优选为1,4-丁二醇或氢醌-双（β-羟乙基）醚；

所述的胺类扩链剂优选为3,5-二甲硫基甲苯二胺或3,3′二氯-4,4′-二氨基 二苯甲烷；

所述的单位质量预聚体中异氰酸根基含量按照HG-T 2409标准进行测定；

步骤（2）中：

所述的金属管优选采用以下方法进行预处理：将金属管内表面进行喷砂、 溶剂除油脱脂处理，然后均匀浸涂胶粘剂溶液，室温停放30～60分钟，再放入 100～130℃烘箱中烘30～60分钟，即可用于浇注；

所述的金属管优选为铁管；

所述的浸涂的厚度优选为20～30μm；

所述的胶粘剂溶液优选采用以下方法制备：将20～40重量份的胶粘剂加入 60～80重量份的混合溶剂中，搅拌均匀，得到胶粘剂溶液；

所述的胶粘剂优选为开姆洛克213、Thixon406、西邦48C和罗门哈斯422 中的一种；

所述的混合溶剂由30～45%四氢呋喃、30～35%醋酸丁酯、20～35%甲基 吡咯烷酮混合组成；所述的百分比（%）为体积百分比；

所述的浇注速度优选为1～3Kg/min；

所述的离心速度优选为4000～20000rpm；

步骤（3）中所述的处理优选在烘箱或烘道中进行；

一种聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管，由上述制备方法制备得到；

所述的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管可应用于电力、化工、冶金和建 筑行业中。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明以低聚物多元醇与异氰酸酯为原料，通过控制原料的量以及反 应的温度，使制备得到的聚氨酯弹性体与金属粘结强度高、韧性好、强度高； 本发明采用树脂型胶粘剂，通过离心浇注工艺，控制离心浇注的转速和浇注速 度，使聚氨酯内衬与金属管内表面紧密结合，粘结强度高；并通过二段硫化改 善了聚氨酯内衬的交联效果，进一步增强聚氨酯内衬与金属管内表面的粘结。

（2）本发明提供的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管的制备方法简单，成 本较低，可应用于工业化大生产。制备得到的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送 管，其聚氨酯弹性体韧性好、强度高、耐切割、耐水解、耐化学介质，可以保 护金属管不受输送介质的腐蚀、磨损，提高了输送管的使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于 此。

实施例1

胶粘剂溶液的配制取40重量份的开姆洛克213（美国洛德公司），加入60 重量份的混合溶剂中，搅拌均匀，得到胶粘剂溶液；混合溶剂由四氢呋喃、醋酸 丁酯、甲基吡咯烷酮按体积百分比30%、35%和35%混合组成；

金属管的内表面处理将金属铁管内表面进行喷砂、再用乙酸乙酯对内表面 进行除油脱脂，然后均匀浸涂上述制备的胶粘剂溶液（浸涂厚度为20μm），室温 停放30分钟，再放入130℃烘箱中烘30分钟，即可用于浇注；

聚氨酯预聚体的制备将平均分子量为650的聚四氢呋喃醚二醇15重量份、 平均分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇25重量份、平均分子量为2000的聚四 氢呋喃醚二醇60重量份和纳米白炭黑5.1重量份投入300L不锈钢内胆反应釜中， 加热至120℃，抽真空至绝对压力小于500Pa，脱水2小时，降温至65℃，投入 甲苯二异氰酸酯27.3重量份，升温至80℃反应2小时，得到聚氨酯预聚体，测 得其异氰酸根的质量百分含量为4.9%；

复合输送管的制备

（1）备料：将上述制备的聚氨酯预聚体转移至聚氨酯弹性体浇注机（温州 飞龙聚氨酯设备工程有限公司，型号：CPU20FS。下同。）罐A中，加热至80℃， 抽真空至绝对压力小于500Pa，脱泡15分钟后备用；将扩链剂3,5-二甲硫基甲苯 二胺放在聚氨酯弹性体浇注机罐B中，加热至65℃，抽真空至绝对压力小于 500Pa，脱泡30分钟后备用；按扩链系数0.95调节聚氨酯预聚体与扩链剂的比例 为100：11.9；

（2）离心浇注：将上述完成内表面处理的金属铁管130℃预热30min，放 进离心机进行100℃保温；启动浇注机以1.5Kg/min的速度对金属铁管的内表面 进行浇注，同时启动离心机，离心速度为9000rpm；使用自动移动浇注装置， 边浇注边离心成型；浇注完后继续保温离心10分钟，得到复合管；

（3）二段硫化：将步骤（2）的复合管放入110℃烘箱中处理12小时，得 到聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管；

所述的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管为Ф132×2600mm聚氨酯弹性体 内衬铁复合输送管。

实施例2

胶粘剂溶剂的配制取20重量份的Thixon406（陶氏化学），加入80重量份 的混合溶剂中，搅拌均匀，得到胶粘剂溶剂；混合溶剂由四氢呋喃、醋酸丁酯和 甲基吡咯烷酮按体积百分比40%、30%和30%组成；

金属管的内表面处理将金属铁管内表面进行抛砂、再用三氯乙烯对内表面 进行除油脱脂，然后均匀浸涂上述制备的胶粘剂溶剂（浸涂厚度为30μm），室 温停放60分钟，再放入115℃烘箱中烘45分钟，即可用于浇注；

聚氨酯预聚体的制备将平均分子量为1000的聚已内酯二醇35重量份、平 均分子量为2000的聚已内酯二醇65重量份和蒙脱土1.5重量份投入300L不锈钢 内胆反应釜中，加热至110℃，抽真空至绝对压力小于500Pa，脱水3小时，降温 至80℃，投入对苯二异氰酸酯21.6重量份，升温至90℃反应3小时，得到聚氨 酯预聚体，测得其异氰酸根质量百分含量为4.6%；

复合输送管的制备

（1）备料：将上述制备的聚氨酯预聚体转移至聚氨酯弹性体浇注机罐A中， 加热至90℃，抽真空至绝对压力小于500Pa，脱泡30分钟后备用；将扩链剂氢 醌-双（β-羟乙基）醚放在聚氨酯弹性体浇注机罐B中，加热至115℃，抽真空至 绝对压力小于500Pa，脱泡30分钟后备用；按扩链系数0.97调节聚氨酯预聚体 与扩链剂的比例为100:10.5；

（2）离心浇注：将上述完成内表面处理的金属铁管90℃预热120min，放进 离心设备进行120℃保温；启动浇注机以2.8Kg/min的速度对金属铁管的内表面 进行浇注，同时启动离心机，离心速度为20000rpm；使用自动移动浇注装置， 边浇注边离心成型；浇注完后继续保温离心5分钟，得到复合管；

（3）二段硫化：将步骤（2）的复合管放入130℃烘道中处理8小时，得 到聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管；

所述的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管为Ф250×1200mm聚氨酯弹性体内 衬铁复合管。

实施例3

胶粘剂溶剂的配制取30重量份的CILBOND48C（英国西邦化工），加入 70重量份的混合溶剂中，搅拌均匀，得到胶粘剂溶剂；混合溶剂由四氢呋喃、醋 酸丁酯、甲基吡咯烷酮按体积百分比45%、30%和25%组成；

金属管的内表面处理将金属铁管内表面进行抛砂、再用醋酸乙酯对内表面 进行除油脱脂，然后均匀浸涂上述制备的胶粘剂溶剂（浸涂厚度为25μm），室 温停放45分钟，再放入100℃烘箱中烘60分钟，即可用于浇注；

聚氨酯预聚体的制备将平均分子量为2000的聚酯二醇75重量份、平均分 子量为1000的聚碳酸酯二醇25重量份、纳米蒙脱土1.5重量份和纳米白炭黑1.5 重量份投入300L不锈钢内胆反应釜中，加热至130℃，抽真空至绝对压力小于 500Pa，脱水2.5小时，降温至50℃，投入二苯基甲烷二异氰酸酯93.2重量份， 升温至70℃反应2.5小时，得到聚氨酯预聚体，测得其异氰酸根质量百分含量为 13.5%；

复合输送管的制备

（1）备料：将上述制备的聚氨酯预聚体转移至聚氨酯弹性体浇注机罐A中， 加热至60℃，抽真空至绝对压力小于500Pa，脱泡25分钟后备用；将平均分子 量为2000的聚酯二醇112重量份和扩链剂1,4-丁二醇21.7重量份放在聚氨酯弹 性体浇注机罐B中，加热至100℃，抽真空至绝对压力小于500Pa，脱泡1小时 后备用；按扩链剂系数为0.95调节聚氨酯预聚体与扩链剂的比例为100：66；

（2）离心浇注：将上述完成内表面处理的金属铁管110℃预热75min，放进 离心设备进行90℃保温；启动浇注机以1.6Kg/min的速度对金属铁管的内表面进 行浇注，同时启动离心机，离心速度为13000rpm；使用自动移动浇注装置，边 浇注边离心成型；浇注完后继续保温离心15分钟，得到复合管；

（3）二段硫化：将步骤（2）的复合管放入100℃烘箱处理20小时，得到 聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管；

所述的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管为Ф160×2000mm聚氨酯弹性体内 衬铁复合管。

实施例4

胶粘剂溶剂的配制取25重量份的罗门哈斯422（美国罗门哈斯公司），加 入75重量份的混合溶剂中，搅拌均匀，得到胶粘剂溶剂；混合溶剂由四氢呋喃、 醋酸丁酯、甲基吡咯烷酮按体积百分比45%、35%和20%组成；

金属管的内表面处理将金属铁管内表面进行抛砂、再用乙酸乙酯对内表面 进行除油脱脂，然后均匀浸涂上述制备的胶粘剂溶剂（浸涂厚度为23μm），室 温停放40分钟，再放入110℃烘箱中烘50分钟，即可用于浇注；

聚氨酯预聚体的制备将平均分子量为1000的聚己二酸乙二醇酯40重量 份、平均分子量为2000的聚己二酸乙二醇酯60重量份和纳米碳酸钙1.4重量份 投入300L不锈钢内胆反应釜中，加热至120℃，抽真空至绝对压力小于500Pa， 脱水2小时，降温至70℃，投入3,3′-二甲基-4,4′-联苯二异氰酸酯37重量份，升 温至90℃反应2小时，得到聚氨酯预聚体，测得其异氰酸根质量百分含量为4.3%；

复合输送管的制备

（1）备料：将上述制备的聚氨酯预聚体转移至聚氨酯弹性体浇注机罐A中， 加热至80℃，抽真空至绝对压力小于500Pa，脱泡20分钟后备用；将扩链剂3,3′ 二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷放在聚氨酯弹性体浇注机罐B中，加热至120℃，抽真 空至绝对压力小于500Pa，脱泡30分钟备用；按扩链系数0.97调节聚氨酯预聚 体与扩链剂的比例为100:13.3；

（2）离心浇注：将上述完成内表面处理的金属铁管120℃预热50min，放进 离心设备进行70℃保温；启动浇注机，以1Kg/min的速度对金属铁管的内表面进 行浇注，同时启动离心机，离心速度为4000rpm；使用自动移动浇注装置，边浇 注边离心成型；浇注完后继续保温离心30分钟，得到复合管；

（3）二段硫化：将步骤（2）的复合管放入110℃烘道中处理16小时，得 到聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管；

所述的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管为Ф132×1200mm聚氨酯弹性体内 衬铁复合管。

效果实施例

分别对实施例1～4制备的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管进行拉伸强度、 撕裂强度、磨耗、曲挠次数、粘结强度、耐油性以及耐酸性的性能测试，结果如 下：

表1实施例1～4制备的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管的性能测试结果

从表1可以看出，实施例1～4制备的聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管的 粘结强度高、耐磨损、耐酸性和耐油性好，拉伸强度为41～52Mpa，撕裂强度为 90～128KN/M，该聚氨酯弹性体内衬金属复合输送管的性能较好。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施 例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。